基于电子信息化特色的专业课程CDIO教学模式改革研究

来源:用户上传      作者:刘春来

　　摘要：本文在总结CDIO模式教学成果的基础上，结合杭州电子科技大学管理学院工业工程专业开设的工程经济学课程，提出了CDIO理念在本课程中的改革框架。充分发挥学校“电子信息化”特色，以“工程项目实践背景”为引导，综合采用多种教学方法，基于构思、设计、实现和运作层层递进的方式，实现了工程经济学课程的CDIO过程。本课程的改革措施对同类相关课程具有良好的借鉴意义。
　　关键词：CDIO；课程大纲；教学改革
　　中图分类号：G642 文献标识码：A
　　2017年，教育部发布相关通知（教高司函[2017]6号），明确提出开展新工科研究和实践以及新工科人才培养的要求，随后公布了认定的首批612个“新工科”研究与实践项目名单，高校新工科建设已经进入实施阶段[1，2]。新工科建设其核心在于改变传统的人才培养模式，构建一种基于开放合作的协同机制，培养具有较强创新意识、创新思维和创新能力的科技创新人才和技术开发人才。2019年4月，教育部办公厅正式发布《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》，计划在2019-2021年，打造10000个左右国家级一流本科点和10000个左右省级一流本科点。在这一背景下，切实需要探索实践融合发展、多元发展、协同发展新路，加快培养创新型、复合应用型、实用技能型新工科人才，高标准建设好“金专”“金课”和“高地”。
　　CDIO工程教育理念已有近20年的发展和应用，是由以美国工程院院士Ed.Crawley教授为首的麻省理工学院团队和瑞典皇家工学院等4所大学组成的跨国研究团队所创立的“做中学”和基于项目的教育和学习的新型高等工程教育模式[3]。在中国工程教育发生大变革和迈向国际化的背景下，CDIO工程教育联盟成立，目前共有一百多所高校自愿加入“CDIO工程教育联盟”。在世界范围内，也已发布了第二版的CDIO教W大纲―――theCDIOSyllabusV2.0[4]。
　　基于CDIO工程教育理念，各大高校结合本校实际情况进行了再次革新-融合-创新，提出了各具特色的人才培养模式，极大地促进了CDIO工程教育理念的中国化，形成了基于CDIO教育理念的财经类高校工程人才培养模式、计算机类专业人才培养模式、工程类高校教育模式改革等。同时，一些高校针对所开设的具体课程也进行了相应的改革和有益的探索，如针对在线教学中存在的问题，从教学组织方式、互动方式、考核方式等多个方面提出了将CDIO教育模式与在线教育相结合的建议与措施；南京农业大学工学院工业工程专业生产系统建模与仿真课程，提出了CDIO在本课程中的改革框架[3]；基于能力本位和CDIO相结合的模式进行应用型本科实践类课程教学改革[5]，武汉大学能源动力类专业基于CDIO教育模式进行了课程体系创新与改革[6]等。
　　当前，国内众多高校正在积极推进“新工科”改革，探索“新工科”建设的新理念、新标准、新模式、新方法、新技术、新文化，培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才。因此，研究如何将CDIO工程教育理念引入到具体课程中，对于新工科改革的推进、创新型专业人才的培养质量的提升意义重大，也具有良好的示范作用。
　　1专业课程改革总体框架
　　借鉴汕头大学提出的“EIP―CDIO工程教育模式”以及制定的整个专业层面的综合性CDIO课程计划及课程大纲，基于CDIO模式设定了课程改革的总体目标为：更深入地掌握专业基础知识；精通工程项目建设、运营和实施的经济分析和评价方法；理解技术发展对社会的重要性和战略影响。在课程大纲制定过程中，对这三个总体目标进行细化，建立相应的二级指标（分目标），以增加实施课程大纲的可操作性。同时，建立健全完善的符合CDIO教学大纲的学科知识体系，并逐步形成完整的学科知识群，也是CDIO课程改革的核心目标。
　　2专业课程CDIO教学改革过程
　　2.1工程经济学课程教学改革的必要性和有效性
　　在以往习惯的灌输式教学，课程过度强调教师课堂上的讲授（一言堂）和学生课下的死记硬背（囫囵吞枣），课程所讲授的内容也多是限定在教材的表面知识，深入度和难度不足；课程评价过分强调期末考试一张卷子，不利于学生综合能力的培养。数字经济新时代“新工科”建设不应仅仅是培养传统的应用型人员或学术型人员，而应更加注重对学生解决实际问题的创新实践能力和学科交叉融合能力的培养。为了达成这一目标，就需要对人才培养过程中的教学全过程（尤其是专业课程）进行全新的改革，急需重构一门门“脱胎换骨”的符合时代特色需求的高质量课程。
　　《工程经济学》为我校计算机科学与技术、自动化、工业工程等多个专业的通识必修课，该门课程所学的内容在学生就业、继续教育、科学研究等方面都具有重要的作用。该课程理论知识要求高、学科交叉明显，要求学生具有较高的问题分析的综合能力和实践创新能力。但在实际教学过程中，由于存在教学手段死板、课程资料不足、考核方式简单等问题，导致教学效果和教学质量不理想、考核管理单一等问题，严重影响学生对工程经济学课程知识的掌握，不符合相关社会工业类产业（尤其是数字化产业）的需求。工程经济学的重要特点是系统性和操作性，系统性的特点决定了必须要有科学合理的决策过程，操作性的特点决定了必须要落实到实践和实现。
　　在国家大力推进“新工科”建设的背景下，本文以杭州电子科技大学计算机科学与技术、自动化和工业工程等专业为例，结合信息类、工业类企业的实际需求，以工程经济学课程作为研究对象，通过对企业需求调查研究，明确课程改革方向与要求，大力开展双语教学；对实际教材、教学内容、教学方式、课程考核现状进行分析与提炼，揭示现存问题与不足，确定改革内容与方案；通过实践教学过程实现课程改革的理论预期目标，以期全面提升学生出独立分析和解决问题能力。

　　2.2CDIO模式下专业课程大纲改革
　　在CDIO理念和模式下，专业课程大纲改革应建立在对人才培养目标综合分析的基础之上，制定相应的课程内容和知识架构，主要由构思（C）、设计（D）、实现（I）和运作（O）四个方面的内容构成。工程实践作为工程教育的内容并不是一味地增加实践或实地操作训练，而是要求学生能够把学到的理论知识应用于工程实践项目（可以是软项目），是一种“学中做”。所以，针对CDIO课程大纲的改革应着重体现以上四个方面的内容，同时关注“项目实践背景”这一重要指标。
　　工程经济学课程大纲的CDIO改革，在课程培养目标中着重培养社会责任感和工程职业道德、课程目标与毕业要求对应关系、基于“项目实践背景”设置为实现CDIO所必需的分解预期学习效果，以及课程目标与教学内容、教学方法的对应关系。同时，详细明确了课程目标达成途径及学生成绩评定方法、课程目标达成度定量评价方法；增加了综合性项目实践的比重，引导学生完成对问题解决方案的构思（C）、设计（D）、实现（I）和运作（O）全流程。另外，教学大纲中增设了实践创新和案例研讨环节，引导学生对实际工程项目问题进行深入地系统分析、建模、评价和决策。以绿色、科学、精准为导向，引导学生树立正确的工程经济价值观，形成了“前瞻布局、前移指导、前置对接，后续追踪、后续辅导、后续评价”为主线的“三前三后”全过程培养教学体系。
　　2.3教学策略选择
　　合适的教学策略可以通过完整的项目可以将课程体系中的所有知识点有机结合起来，达到一体化教学的目的。工程经济学课程在进行CDIO教学模式改革探索中，采取了综合性教学策略，即根据教学内容的知识和能力需求，分别采取了不同的教学策略。工程经济学课程中涉及较多的经济学中的基本概念，对于这一部分，针对工科背景的W生，重点采取讲授的方法，用实际生活中的现象来解释概念，是一种探究式的学习；经济评价指标和计算方法方面，则主要采用理论阐述与证明，确保学生可以理解其背后的经济含义；在实践环节的设计上，以实际生产中的案例为导向体现“工程项目实践”的背景；在综合能力培养方面，主要采用科研导向型学习，引导学生主动探索，从运用多学科知识的交叉融合、团队协作等多方面培养其CDIO的科学素养。另外，在CDIO素养培养方面，结合探究式和科研教学融合的教学策略，实施项目制分工协作、完成研究报告、成果展示等方法，增加了学生的课堂参与度。总的来说，在CDIO理念的指导下，教学策略由原先的教师课堂讲授向师生协作的探究式共同学习转变。
　　2.4教学方法改革
　　主动学习是学生为构建知识和理解而进行的活动。作为CDIO模式重要的方法论之一，将主动学习引入到工程经济学课程教学中。
　　在理论课教学方面，工程经济学课程教学流程可以分为课前准备（基于教学网络平台学习课程知识点和观看视频）、课堂教学（答疑和案例讨论与分析）和课后巩固（预留课程作业和获得学生反馈）三个阶段。同时，大力开展线上线下相结合的教学模式，根据引导案例和预设的学习目标，学生在网络教学平台等自行阅读和查阅相关资料。线下教学过程中，根据学生的反馈，将重点放在教学案例和课本知识联系的引导以及重难点概念和计算公式的讲解上，着重培养学生利用所学的科学分析方法解决实际问题的能力。
　　在基于CDIO的实践教学方面，引入情景教学法，以个人和小组决策为切入点，共同探讨现实工程决策问题。增加小组讨论环节，开展部分章节的反转课堂，培养并提升学生的专业知识、个人自身能力、团队合作能力、建造产品和系统的能力，综合使用“决策活动”和“案例教学”的方法。同时，基于学校的“学习通”平台，协作与沟通可以随时线上开展，保障了学习的延展性，实现了全天候无障碍的师生交流。
　　3专业课程评价改革
　　包括工程经济学在内的传统课程以往对学生的考核评价，期末考试的比重约占到总成绩的70%左右，而学生平时课内外的表现和作业完成情况则占较小的比重。一张试卷或一次考试结果这样的评价方式往往无法真实完整地反映学生的学习效果和教师的教学质量，不利于人才培养。
　　CDIO评价体系是对学生个体在CDIO教学方法中获得的成效的具体衡量，因此，工程经济学课程采用形成性评价与终结性评价相结合的评价方法，制定了综合的课程考核方案。主要包括课程目标的达成程度评价（教师CDIO能力的加强）和学生成绩评价（学生CDIO能力的评价）两个方面。
　　针对课程目标达成度定量评价，在课程结束后，对每一个课程目标（含思政课程目标）进行达成度的定量评价，用以实现课程的持续改进。为此，我们开发了课程目标达成度的定量评价算法：
　　（1）使用教学活动（如课程思政实践、课后作业、课堂练习、课堂讨论、阅读报告等）成绩或期末考试部分题目得分率作为评价项目，对某个课程目标进行达成度的定量评价；
　　（2）为保证考核的全面性和可靠性，要求对每一个课程目标的评价项目选择至少两种；
　　（3）根据施教情况，评价项目可以由教师自行扩展，权重比例可以由教师自行设计；
　　（4）对某一个课程目标有支撑的各评价项目权重之和为1；
　　（5）使用所有学生（含不及格）的平均成绩计算。
　　针对学生成绩评价，基于CDIO工程教育理念，重新设计了工程经济学课程综合评价与评分体系。平时成绩可包括（但不仅限于）课堂表现、课堂报告演讲、课堂测试、课堂小组讨论与实践等项目。各部分的建议考核内容、在平时成绩中的建议比例、关联课程目标、在总成绩中的占比等均明确给出，方便任课教师根据实际授课情况调整。同时，列出各考核内容的详细评分标准，增加了平时作业、案例分析和课堂互动等在课程总成绩中的比重。另外，在期末考试中，增加了绿色工程、可持续性发展等开放性题目。

　　结语
　　针对当前工程经济学授课内容无法与企业实际需求紧密结合，以及灌输式教学、课程评价单一、学生创新实践能力停滞不前等一系列问题，提出了CDIO理念在本课程中的改革框架，基于构思、设计、实现和运作层层递进的方式，实现了工程经济学课程的CDIO过程。这一举措可以加深学生对于课程内相关理论和方法的理解，真正帮助学生熟练应用工程经济学来解决工程实践问题。
　　参考文献： 吴爱华，侯永峰，杨秋波，等．加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济．高等工程教育研究，2017，1：1-9.
　　[4]胡兴志，丁飞己，王纪坤.从CDIO教学大纲变动看CDIO课程改革[J].高等工程教育研究，2015，3：189-192.
　　[5]曾华鹏，邢媛，汤莉，等.基于能力本位与CDIO的应用型本科实践类课程改革[J].高等工程教育研究，2020，1：182-188.
　　[6]曾洪，史凯旋.基于CDIO教育模式的能源动力类专业课程创新与改革[J].高等工程教育研究，2019，s1：66-67+89.
　　基金项目：杭州电子科技大学教育教学改革研究资助项目：新工科背景下基于CDIO理念的工程经济学课程改革与实践研究（YBJG202121）；杭州电子科技大学圣光机联合学院教育教学改革成果培育资助项目（SGJ2020JG013）：新工科背景下基于CDIO理念的工程经济学课程改革与实践研究
　　作者简介：刘春来，男，汉族，山东青岛人，工学博士，讲师，研究方向：数字化管理与创新、先进加工制造系统等。


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